TWI819364B - 用於密集vcsel設計之溝槽程序 - Google Patents

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Abstract

描述溝槽式VCSEL發射器結構。在一實施例中，一發射器結構包括非均勻分布式發射器之一叢集，其中各發射器包括一內部台面溝槽及從該內部台面溝槽延伸之一氧化物孔徑層的一氧化部分。一外部緣溝槽係位於相鄰於該內部台面溝槽，且經形成至超過該氧化物孔徑層之一深度。

Description

用於密集VCSEL設計之溝槽程序
在本文中所述之實施例係關於發射器結構，且更具體而言係關於垂直腔面射型雷射。
垂直腔面射型雷射(VCSEL)係能夠在垂直於VCSEL所形成之基材的方向發射光之面射型雷射。相較於其他雷射（諸如邊緣發射雷射），VCSEL可提供較佳的光束品質。此外，面射型性質允許VCSEL經圖案化為台面型結構的密集陣列。
典型的VCSEL包括介於頂部鏡層與底部鏡層之間的活性層，各由具有不同折射率之材料的交替層構成，該等交替層亦稱為分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector, DBR)層。VCSEL孔徑大小可使用諸如離子植入或選擇性層氧化技術來進一步微型化，以侷限流經VCSEL之電流。
今日VCSELS常用於光學通訊鏈路、音訊/視訊電器、雷射掃描器、三維(3D)感測應用、手勢辨識、及更多。
在一實施例中，一發射器結構包括非均勻分布式發射器之一叢集，其中各發射器包括一內部台面溝槽及從該內部台面溝槽延伸之一氧化物孔徑(OA)層的一氧化部分。一外部緣溝槽可經定位相鄰於在該發射器叢集中之一或多個發射器的內部台面溝槽，其中該外部緣溝槽延伸至超過該OA層之一深度。外部緣溝槽可形成對相鄰發射器之間的濕氣進入及傳播之一實體障壁。在一些實施例中，用於相鄰發射器之外部緣溝槽係相交。在一些實施例中，外部緣溝槽之配置將發射器之叢集分割成子叢集。在一些實施例中，可依多蝕刻順序來製造內部台面溝槽，以減輕可在用以形成發射器孔徑之OA層的氧化、以及其他處理操作期間發生之二次氧化。
實施例描述包括垂直腔面射型雷射(VCSEL)之發射器結構及製造方法。例如，發射器結構可係行動電子裝置之紅外線(IR)投影機的部分，其中VCSEL（在本文中亦稱為發射器）係緊密配置在密集叢集中。
在一個態樣中，已經觀察到用於發射器之密集叢集的氧化物孔徑(OA)層之氧化部分可重疊，提供其可快速地傳播的發射器之間的濕氣擴散之路徑，導致可靠性失效。在一些實施例中，各發射器包括在頂部DBR層中之內部台面溝槽，用以界定頂部DBR層台面結構。在製造期間可使用內部台面溝槽以存取延伸自內部台面溝槽之側壁的OA層（例如，可氧化層），以氧化OA層之部分來形成用於發射器之OA。外部緣溝槽亦可形成在頂部DBR層中且延伸超過OA層，以提供對OA傳播之實體障壁。根據實施例之外部緣溝槽組態可促進發射器之密集配置，允許發射器比以其他方式所可能者更接近地定位在一起，由於在相鄰發射器之間的濕氣進入之傳播。
在另一態樣中，已觀察到在發射器堆疊內之含鋁層（諸如DBR層之較低折射率層）的二次氧化可發生在用以形成氧化物孔徑之OA層的氧化期間。此二次氧化繼而可能潛在地無法利用溝槽鈍化層來充分地鈍化，而因此產生濕氣擴散及可靠性失效的額外路徑。在一些實施例中，內部台面溝槽係利用多個蝕刻操作來形成，其中第一蝕刻操作進入頂部DBR層以暴露OA層，其接著經氧化以形成OA。此可接續以第二蝕刻操作，接續以沿著內部台面溝槽側壁之鈍化層的沉積。此類序列可減輕相鄰於OA層之層的二次氧化，並改善可靠性。
根據實施例之發射器結構可包括外部緣溝槽、利用多個蝕刻操作所形成的內部台面溝槽、或其組合。
在各種實施例中，參照圖式進行說明。然而，某些實施例可在無這些特定細節之一或多者的情況下實行或可與其他已知的方法及構形結合實行。在下列敘述中，為了提供對實施例的全面瞭解而提出眾多特定細節（例如，特定構形、尺寸、及程序等）。在其他例子中，為了避免不必要地使本實施例失焦，所以並未特別詳細地敘述公知的半導體程序及製造技術。此專利說明書通篇指稱的「一實施例(one embodiment)」係指與該實施例一同描述之具體特徵、結構、構形、或特性係包括在至少一實施例中。因此，此專利說明書通篇於各處出現之詞組「在一實施例中(in one embodiment)」不必然指稱相同實施例。此外，在一或多個實施例中，可以任何合適的方式結合特定特徵、結構、構形、或特性。
在下文描述中，描述可共用類似的材料、配置、或程序的各種組態及製造序列。為了清楚及簡明起見，相似特徵可能不必然在後續繪示及程序中同樣詳細地描述。據此，應理解相關於特定繪示的特定描述亦可應用於具有相同或類似特徵的替代組態及繪示。
如本文所用之「在…上面(above)」、「在…上方(over)」、「至(to)」、「介於…之間(between)」、「橫跨(spanning)」、及「在…上(on)」之用語可指稱一層相對於其他層之一相對位置。一層在另一層「上面」、在另一層「上方」、「橫跨」另一層、或在另一層「上」或者與另一層「接觸(contact)」可直接與另一層接觸或可具有一或多個中介層。一層介於（多個）層「之間」可直接與該等層接觸或可具有一或多個中介層。
現在參考圖1A，提供根據實施例之包括發射器150之非均勻分布的發射器結構100之示意俯視圖繪示。如圖所示，各發射器150可包括氧化物孔徑(OA) 125及內部台面溝槽130（其可係連續的或非連接內部台面溝槽之型態）。在所繪示的特定實施例中，對應的外部緣溝槽140（其可係連續的或非連接外部緣溝槽之型態）係形成在各發射器150周圍。如所顯示，導因於密集配置，一些發射器150之一些外部緣溝槽140可彼此相交。如在下文描述中將變得更明白，可設計外部緣溝槽140，使得形成氧化物孔徑125之OA層122的氧化部分123（參見圖3A至圖3B）不相交。因此，外部緣溝槽140可透過OA層之氧化部分以形成對介於發射器150之間的濕氣擴散之實體障壁。
圖1B係發射器結構100之示意俯視圖繪示，該發射器結構包括類似於圖1A之發射器150之非均勻分布，其具有外部緣溝槽140之不同配置。如圖所示，外部緣溝槽140可在複數個發射器之間橫向地延行。外部緣溝槽140可形成各種規則及不規則形狀。在一實施例中，一或多個外部緣溝槽140可彼此相交，以完全橫向地環繞發射器叢集之發射器的子叢集151。如圖所示，可將發射器叢集分割成複數個發射器子叢集151。依此方式，分段外部緣溝槽140配置可在策略區域中形成緣溝。例如，非常緊密配置的發射器150之子叢集151或具有其OA之重疊氧化部分的發射器可自其他發射器150或發射器之子叢集151分割。
應理解，根據實施例之發射器150叢集可形成在相同基材中，其中各發射器150透過相同OA層來圖案化。因此，該等經分割發射器子叢集可具有經連接OA層。外部緣溝槽140（以及用以氧化OA層之內部台面溝槽130）可透過OA層來形成。因此，在一些實施例中，內部台面溝槽130本身可實際上用以透過OA層之氧化部分來保護對抗濕氣進入。在一些實施例中，外部緣溝槽140之一或多者可相交、或重疊一或多個內部台面溝槽130。
圖2係根據一實施例之發射器150的示意截面側視圖。具體而言，圖2之發射器150繪示VCSEL的數個特徵。如圖所示，發射器150可包括形成在生長基材102（例如，GaAs、InP或其他半導體基材）上之底部分布式布拉格反射器(DBR)層110、頂部DBR層120及介於底部DBR層110與頂部DBR層120之間的活性層180。活性層可包括由一或多個障壁層182所分開的一或多個量子井層184。從量子井層184所發射的特定波長可取決於材料選擇。例示性量子井材料包括InGaAs、GaAs、AlGaAs、InGaAsN、GaAsSb、AlInGaP、GaInAsP、InAlGaAs，等等。
底部DBR層110及頂部DBR層120可包括具有不同折射率之交替層，且可在各層內具有光的四分之一波長的厚度。可提供多個交替層堆疊以達成必要的反射率。在一實施例中，頂部DBR層120/底部DBR層110包括GaAs與Al xGa (1-x)As之交替層，其中較低折射率層126、116具有比較高折射率層124、114更高的Al含量。
根據實施例，底部DBR層110及頂部DBR層120經摻雜以形成p-n二極體。在一實施例中，基材102及底部DBR層110係n摻雜，而頂部DBR層120係p摻雜。然而，可反轉摻雜。額外的接面組態亦係可能的，諸如n-i-p二極體或p-i-n二極體結構。
在操作中，當施加跨底部電極104及頂部電極層170之電位時，電流係流經發射器150。如圖所示，底部電極104可係形成在基材102之頂部或後表面的任一者上。頂部電極層170可係形成在頂部DBR層120上方，且可經圖案化以包括開口172，其可大於發射器150之氧化物孔徑(OA) 125。替代地，開口172可小於OA 125。在所繪示的具體實施例中，OA 125係藉由選擇性地氧化一或多個OA層122（亦稱為可氧化層）之一部分來形成。在一實施例中，（多個）OA層122可係在頂部DBR層120內的鏡層之一。此外，可藉由調整OA層122的組成來達成選擇性氧化。例如，OA層122可包括比在頂部DBR層110中之環繞層更高的鋁濃度。在一特定實施例中，OA層122係由Al xGa (1-x)As所形成，其中x係高於較低折射率層126（亦由Al xGa (1-x)As所形成）。然而，實施例未如此受限，且OA層122可由其他材料（諸如AlInAs、AlGaSb）所形成。
可使用合適技術（諸如濕（蒸汽）氧化）來達成OA層122之氧化。氧化程序可判定氧化部分123侵入頂部DBR層台面結構135之內部的距離。如圖所示，在頂部DBR層台面結構135內之OA層122的未氧化部分121對應於發射器150之OA 125。
現在參考圖3A，提供根據實施例之發射器150的示意截面側視圖繪示。在圖3A中之截面側視圖繪示可係圖1A之個別發射器150的特寫繪示。如圖所示，發射器150包括形成在基材102上之共同底部DBR層110及頂部DBR層120，如相關於圖2所述。共用底部DBR層110及基材102可由圖1A之複數個發射器150所共用。活性層180可位於底部DBR層110與頂部DBR層120之間。根據實施例，內部台面溝槽130經圖案化在頂部DBR層120中以界定頂部DBR層台面結構135，橫向地在內部台面溝槽130之內。OA層122亦可位於頂部DBR層120之內，其中該OA層包括未氧化部分121（如圖2中所示）及氧化部分123，該氧化部分延伸自內部台面溝槽130之一個或兩個側壁131。在圖3A所繪示之實施例中，氧化部分123可延伸自內部台面溝槽之兩相對側壁131。
延伸入頂部DBR層台面結構135中之氧化部分123可界定發射器150之OA 125。根據實施例，內部台面溝槽130可包括位於OA層122下方及活性層180上方之底部表面137。根據實施例之內部台面溝槽130應延伸通過OA層122以暴露OA層122並形成氧化部分123。可在活性層180上方停止內部台面溝槽130之蝕刻，以避免形成沿著其作用為再結合點之活性層180的邊緣。在其他實施例中，內部台面溝槽可經蝕刻通過活性層180，例如其中發射器係以高電流密度驅動及/或其中側壁再結合對於裝置效能具有可忽略的影響。
在所繪示之實施例中，外部緣溝槽140亦形成在相鄰於內部台面溝槽130之頂部DBR層中。外部緣溝槽140之深度可延伸超過頂部DBR層120中之OA層122，以形成對通過OA層122而至相鄰發射器之潛在濕氣傳播的實體障壁。外部緣溝槽140可包括底部表面147，其係形成至如內部台面溝槽130之底部表面137的類似深度。根據實施例，底部表面147係至少在OA層122下方，並可延伸超過OA層122之必要深度以形成對濕氣進入的實體障壁。底部表面147可位於頂部DBR層120內，或可延伸進入或通過活性層180而進入底部DBR層110中。在一實施例中，外部緣溝槽140經蝕刻至低於內部台面溝槽130之深度的深度，其中外部緣溝槽140之底部表面147係低於內部台面溝槽130之底部表面137。
在一實施例中，內部台面溝槽130具有比外部緣溝槽140之寬度(Wo)更窄的寬度(Wi)。可針對各種原因而包括不同寬度。例如，內部台面溝槽130寬度(Wi)可經減少以促進密集的發射器配置。此外，外部緣溝槽140寬度(Wo)可更寬以容納多個鈍化層，或減輕頂部電極層170之電阻差異。各種組態係可行的，包括相同寬度、或具有比對應外部緣溝槽140寬度(Wo)更寬之寬度(Wi)的內部台面溝槽130。
仍參考圖3A，鈍化層160可形成在頂部DBR層120上方且在外部緣溝槽140內以在內部台面溝槽130內。鈍化層160亦可形成在頂部DBR層台面結構135上方。開口169可形成在鈍化層內以用於頂部電極層170之沉積，以與頂部DBR層台面結構135電接觸。開口172可形成在頂部電極層170中，以允許來自發射器150之發光。例如，開口172可大（例如，寬度、直徑等）於OA 125，以便不會進一步阻礙裝置孔徑，然而此非必要且開口172可係相同於或小於OA 125。在一些實施例中，鈍化層160在外部緣溝槽140內比在內部台面溝槽130內更厚。具體而言，在內部台面溝槽130內之厚度(Ti)可小於在外部緣溝槽140內之厚度(To)。例如，這些厚度可對應於在各別溝槽之底部表面或側壁上的厚度。如將相關於圖6至圖7F’更詳細描述，此可歸因於多層鈍化層160，包括下鈍化層及在該下鈍化層之頂部上的上鈍化層，其中下鈍化層橫跨在外部緣溝槽140內，而上鈍化層橫跨在內部台面溝槽130內以及在外部緣溝槽140兩者內。在其他實施例中，鈍化層160具有相同的厚度在外部緣溝槽140以及內部台面溝槽130內。例如，下鈍化層可係用於圖案化之暫時層，其係在上鈍化層之形成前移除。
介於外部緣溝槽140與內部台面溝槽130之間的距離(d)可係最小尺寸，其可促進發射器之密集配置。在圖3A所繪示之具體配置中，OA層122之氧化部分123侵入朝向（但未到達）外部緣溝槽140之側壁141。在一些實施例中，氧化部分123可橫向地延伸至並相交外部緣溝槽140之側壁141。在圖3B所繪示之實施例中，外部緣溝槽140重疊或相交內部台面溝槽130，使得OA層122之氧化部分123僅從單一側壁141侵入至頂部DBR層台面結構135中。
根據實施例之外部緣溝槽140的型態可基於密集發射器150之配置來判定。在一些實施例中，對應的外部緣溝槽140可部分地或完全地形成在各發射器150之內部台面溝槽130周圍，如在圖1A中所繪示。外部緣溝槽140亦可形成相鄰於多個發射器150，如在圖1B中所繪示。此外，在兩種組態中，外部緣溝槽140可以一距離(d)與內部台面溝槽130間隔開，或者可重疊或以其他方式相交內部台面溝槽130。
現在參考圖4A至圖4B，示意俯視圖繪示係提供在發射器150及一或多個已相交外部緣溝槽140之密集配置的圖4A中。在所繪示之具體實施例中，各各別外部緣溝槽140完全地環繞各各別發射器150的各別組內部台面溝槽130及頂部DBR層台面結構135。然而，此並非必要，且已相交外部緣溝槽140可形成各種組態，如圖1A至圖1B中所示。在圖4B中所繪示之實施例中，外部緣溝槽140可各係非連接外部緣溝槽140a、140b…140n之型態。在此一組態中，OA層122之氧化部分123可能可延伸在外部緣溝槽140之間。根據實施例之非連接外部緣溝槽的型態仍然可減輕相鄰發射器之間的濕氣進入之傳播。類似地，內部台面溝槽130可係非連接內部台面溝槽130a、130b…130n之型態。在圖4B中所繪示之實施例中，非連接外部緣溝槽140 (140 a、140b…140 n)係與非連接內部台面溝槽130 (130 a、130b…130 n)對準。在一實施例中，相較於非連接內部台面溝槽之型態，非連接外部緣溝槽之型態覆蓋自頂部DBR層台面結構之中心相同的或更大的徑向角度(α r)。替代地，內部台面溝槽130可完全地環繞對應的台面結構之對應的頂部DBR層台面結構135（類似地如外部緣溝槽在圖4A中所繪示）。
參考圖4C至圖4D，提供在根據實施例在圖4A至圖4B之發射器的密集配置上方形成頂部電極層170後之俯視圖繪示。如圖所示，頂部電極層170可供發射器150之各者共用。例如，頂部電極層170可係使用合適技術（諸如電鍍、濺鍍或蒸鍍）所形成的金屬層（例如，金）。亦參考圖3A至圖3B，顯示其頂部電極層170之步進覆蓋可受內部台面溝槽130寬度(Wi)及外部緣溝槽140寬度(Wo)影響，導致頂部電極層170之厚度的變化，其繼而可影響頂部電極層170之片電阻及發射器結構100之操作特性。根據實施例，頂部DBR層120之連結條155可橫向地延伸在非連接內部台面溝槽130 (130a、130b…130n)及/或非連接外部緣溝槽140 (140a、140b…140n)之間（當存在時）。此一配置可允許在各發射器150上方形成頂部電極層170之均勻厚度，其可提供最低電阻之均勻電流路徑。在一些實施例中，內部台面溝槽130寬度(Wi)小於外部緣溝槽140寬度(Wo)，而因此當深度類似時內部台面溝槽130之特徵可在於較高的縱橫比。在一些實施例中，較寬的外部緣溝槽140寬度(Wo)可促進頂部電極層170之更均勻的溝槽填充能力，以及跨發射器150之密集配置的更均勻電阻。
圖5係根據一實施例之具有重疊外部緣溝槽之內部台面溝槽的發射器之示意俯視圖繪示。具體而言，圖5繪示各種可能結構的組合。如圖所示，外部緣溝槽140可與發射器150之內部台面溝槽130重疊。此外部緣溝槽140可與一或多個對應發射器150相關聯。內部台面溝槽130亦顯示具有連續區域及非連接內部台面溝槽之區域兩者的圖4A至圖4B之結合特徵。值得注意的是，在圖5中所繪示之發射器150的OA 125係受到保護免於濕氣之進入，其中外部緣溝槽140保護一側，而連續內部台面溝槽130保護另一側。確切而言，形成連續組合溝槽，其可作用為對通過OA層之氧化部分的濕氣傳播之障壁。此外，類似於圖4C至圖4D之討論，非連接內部台面溝槽及連結條155可提供用於頂部電極層之較佳步進覆蓋、及較低片電阻的結構。應理解，圖5之結構係顯示為用於重疊內部台面溝槽130與外部緣溝槽140之例示性實施例，且此類組態可與圖1A至圖1B及圖3A至圖3B中所繪示之兩實施例整合，因為內部台面溝槽130與外部緣溝槽140之各種不同組合在密集發射器150配置中係可行的。
圖6係根據一實施例之一種形成具有外部緣溝槽及內部台面溝槽的發射器之方法的流程圖。圖7A至圖7F係根據一實施例之一種形成相鄰於發射器之內部台面溝槽的外部緣溝槽之方法的示意截面側視圖繪示。圖7A’至圖7F’係根據一實施例之一種形成發射器之外部緣溝槽及重疊的內部台面溝槽之方法的示意截面側視圖繪示。為了清楚及簡明起見，圖6、圖7A至圖7F及圖7A’至圖7F’的結構及程序流程在以下描述中一起描述。
處理序列可開始以一半導體結構，其包括基材102（例如，n摻雜GaAs）、底部DBR層110（例如，n摻雜）、頂部DBR層120（例如，9摻雜）、及在其間的多個量子井(MWQ)活性層。如圖7A及7A'中所示，在操作6010，針對在發射器結構中之發射器150的配置，外部緣溝槽140係蝕刻入頂部DBR層120中。如先前所述，外部緣溝槽140係蝕刻至超過OA層122之深度。如所繪示，外部緣溝槽140之蝕刻可終止在頂部DBR層120中。替代地，外部緣溝槽140可延伸至（或進入）底部DBR層110。
如圖7B及7B’中所示，在操作6020，下鈍化層162可接著沉積在經圖案化頂部DBR層120上方及在外部緣溝槽140內。下鈍化層162可由抗氧化的各種材料所形成，包括（但不限於）氮化物材料，諸如氮化矽(Si xN y)。下鈍化層162可在後續濕式氧化作用期間保護OA層122，且可額外地用於界定該結構之對準標記。
內部台面溝槽130可接著在操作6030蝕刻，如在圖7C及圖7C’中所示。如先前所述，內部台面溝槽130經蝕刻通過下鈍化層162及頂部DBR層120至超過OA層122之深度。如所繪示，內部台面溝槽130之蝕刻可經控制以終止在頂部DBR層120中。根據實施例，該蝕刻可係單一操作，或包括多個蝕刻操作。在圖7C中所繪示之實施例中，內部台面溝槽130可與外部緣溝槽140分開達距離(d)。在圖7D中所繪示之實施例中，內部台面溝槽130可重疊或相交外部緣溝槽140。
現在參考圖7D及圖7D’，在操作6040，暴露在內部台面溝槽130內之OA層122經氧化以從頂部DBR層台面結構135內之氧化部分123產生OA 125。例如，可利用濕式氧化（例如，蒸汽）技術，其中氧化部分123之侵入頂部DBR層台面結構135中的量係判定OA 125之大小。在圖7D中所繪示之實施例中，氧化部分123生長自內部台面溝槽130之兩相對側壁131。在圖7D’中所繪示之實施例中，氧化部分延伸自單一側壁131，而組合溝槽之側壁141係由下鈍化層162覆蓋，其作用為對在該方向上之OA層122的氧化之障壁。在使用多個蝕刻操作以形成內部台面溝槽130之情況下，可在操作6040後實行後續蝕刻操作以完成內部台面溝槽130。
上鈍化層164可接著在操作6050中沉積，如在圖7E及圖7E’中所示。下鈍化層162及上鈍化層164一起可形成多層鈍化層160。上鈍化層164亦可由如下鈍化層162之相同的材料所形成。如圖所示，鈍化層160橫跨在頂部DBR層台面結構135上方，在內部台面溝槽130內及在外部緣溝槽140內。此可係跨發射器結構100中之所有發射器150的連續層。在一實施例中，鈍化層160在外部緣溝槽140內比在內部台面溝槽130內更厚。此可歸因於雙層製造序列，其中下鈍化層162橫跨在外部緣溝槽140內，而上鈍化層164橫跨在內部台面溝槽130以及在外部緣溝槽140兩者內。替代地，下鈍化層162可在沉積上鈍化層164之前移除，形成單層鈍化層160。
頂部電極層170可接著使用合適技術（諸如電鍍或蒸鍍）而在操作6060形成。在一實施例中，頂部電極層170係由金所形成，雖然可使用其他合適的導電材料。如圖7F至圖7F’中所示，頂部電極層170可經圖案化或選擇性地生長或沉積，以針對各發射器150形成開口172在頂部DBR層台面結構135上方。
內部台面溝槽130可使用單一或多個步進蝕刻操作來形成。此外，多個步進蝕刻操作可包括作為蝕刻操作之間的中間操作之OA層氧化操作。
圖8A至圖8C係根據一實施例之一種形成並鈍化內部台面溝槽130的方法之示意截面側視圖繪示。具體而言，內部台面溝槽130可在OA層122之氧化前完全地形成。圖8D係根據一實施例之圖8C的內部台面溝槽之特寫示意截面側視圖繪示。參考圖8A，內部台面溝槽130係如先前針對操作6030和圖7C及圖7C’所述般類似地蝕刻。圖8B係如先前針對操作6040和圖7D及圖7D’所述般氧化OA層122之後的繪示。圖8C係如先前針對操作6050和圖7E及圖7E’所述般沉積上鈍化層164在下鈍化層162上以及在內部台面溝槽130內之後的繪示。替代地，下鈍化層162可在沉積上鈍化層164之前移除。
現在參考圖8D，所得發射器可包括在頂部DBR層120之較低折射率層126（例如，含鋁）內的二次氧化區域127。在此一實施例中，其係可氧化（例如，導因於鋁）的任何環繞DBR層可在OA層122之氧化操作期間部分地氧化。因此，用以形成氧化物孔徑之OA層122的氧化部分123之形成可導致經暴露DBR層之二次氧化，雖然達較小的程度，因為鋁濃度相較於OA層122可較低。
在一實施例中，頂部DBR層120包括交替的含鋁層（例如，126）及非含鋁層（例如，124），其包括在OA層122之上的最接近含鋁層以及在OA層之下的最接近含鋁層，其中在OA層之上並沿著內部台面溝槽130之相對側壁131的最接近含鋁層以及在OA層之下並沿著內部台面溝槽之相對側壁131的最接近含鋁層兩者均經氧化（亦即二次氧化），其中二次氧化區域127侵入頂部DBR層台面結構135內部。如圖所示，內部台面溝槽130之底部表面137係位於頂部DBR層120內。在一實施例中，控制內部台面溝槽130之蝕刻以在非含鋁較高折射率層124上形成底部表面137，以便減少在底部表面上的二次氧化效應，並將潛在的二次氧化侷限至側壁131。
根據實施例，已觀察到在發射器堆疊內之含鋁層的二次氧化可提供濕氣進入的額外途徑。具體而言，具有氧化材料之鈍化層160（亦即上鈍化層164）的黏著性可低於在DBR層內之具有未氧化材料者，潛在地提供濕氣進入的額外途徑。注意到，若內部台面溝槽130經蝕刻較深進入底部DBR層110中，則底部DBR層110之較低折射率層（例如，含鋁）可同樣地在OA氧化期間經氧化以形成類似的二級氧化區域。
圖9A至圖9C係根據一實施例之一種利用兩個蝕刻操作以形成並鈍化內部台面溝槽130的方法之示意截面側視圖繪示。具體而言，OA層122之氧化可係介於兩個分開的溝槽蝕刻操作之間的中間操作。圖9D係根據一實施例之圖9C的內部台面溝槽之特寫示意截面側視圖繪示。
參考圖9A，內部台面溝槽130係部分地蝕刻，在蝕刻通過OA層122之後停止。例如，此可係對鋁含量敏感的乾式蝕刻技術，諸如乾式BCl 3蝕刻劑。在一實施例中，蝕刻可終止在緊接於OA層122之下的第一非含鋁較高折射率層124上。針對OA層122之氧化部分123之氧化操作（例如，濕式氧化）可接著實行（如在圖9B中所示）。在氧化之後，可實行第二蝕刻操作以完成內部台面溝槽130。第二蝕刻操作可係濕式或乾式（例如，BCl 3）蝕刻技術，且可在頂部DBR層120內停止。例如，底部表面137可位於非含鋁較高折射率層124上。然而，此不需要利用多個蝕刻序列，且可使用及較不選擇性的蝕刻技術。因此，底部表面137可亦或替代地暴露更氧化傾向的較低折射率層126（例如，含鋁），因為已實行OA層122氧化。
在一實施例中，第二溝槽蝕刻操作係與第一溝槽蝕刻操作自對準。下鈍化層162可使用為遮罩，或替代地，光阻或另一硬遮罩材料可使用為遮罩，且隨後移除。上鈍化層164可接著沉積在下部鈍化層162上方以及在內部台面溝槽130內，如在圖9C中所示。替代地，下鈍化層162可在沉積上鈍化層164之前移除。
現在參考圖9D，所得發射器結構可包括二級氧化區域127，在第一溝槽蝕刻操作後所暴露之頂部DBR層120的較低折射率層126（例如，含鋁）內（亦即在OA層122之上的那些層）。如圖所示，在OA層122之氧化操作期間，在OA層122之下的含鋁層受保護免於二次氧化。此可移除濕氣進入之途徑，並改善鈍化層160（亦即上鈍化層164）之黏著性。
在一實施例中，頂部DBR層110包括交替的含鋁層（例如，126）及非含鋁層（例如，124），其包括在OA層122之上的最接近含鋁層以及在OA層之下的最接近含鋁層，其中在OA層之上並沿著內部台面溝槽130之相對側壁131的最接近含鋁層比在OA層之下並沿著內部台面溝槽之相對側壁的最接近含鋁層被氧化得更多（例如，氧化物侵入更深）。
圖10A至圖10C係根據一實施例之另一利用兩個蝕刻操作以形成並鈍化內部台面溝槽的方法之示意截面側視圖繪示。具體而言，OA層122之氧化可係介於兩個分開的溝槽蝕刻操作之間的中間操作。圖10D係根據一實施例之圖10C的內部台面溝槽之特寫示意截面側視圖繪示。圖10A至圖10C之處理序列可如圖9A至圖9C之處理序列般類似地進行，其中差異係用以完成內部台面溝槽130之形成的第二蝕刻操作導致步進表面136。在此一實施例中，可在第二蝕刻操作期間使用光阻遮罩，其中減少了內部台面溝槽130開口之區。此經減小區可因此在內部台面溝槽130之底部表面137處產生較小區，其中含鋁層可潛在地經受二次氧化，其可從OA層122氧化操作以外的其他處理來源發生。
參考圖10D，所得發射器結構可包括如相關於圖9D所述般類似的二次氧化區域127，其中二次氧化區域限於在OA層122之上的層。此外，蝕刻序列可導致內部台面溝槽130，該內部台面溝槽包括步進側壁，該等步進側壁包括橫跨內部台面溝槽至至少OA層122之深度的頂部側壁132（且較佳地不通過下一含鋁層），而底部側壁134橫跨OA層122下方的頂部DBR層120之部分，其中頂部側壁132比底部側壁134分開得更寬，且OA層122之氧化部分123直接延伸自頂部側壁132。如所顯示，步進表面136可從頂部側壁132之底部延伸至底部側壁134之頂部。步進表面136可係在OA層122正下方之半導體層，諸如非含鋁較高折射率層124（例如GaAs）。
圖11至圖14繪示可於其中實施各種實施例的各種可攜式電子裝置。圖11繪示一例示性行動電話1100，其包括封裝在殼體1102中之顯示螢幕1101及一或多個窗1110，在本文中所述之發射器結構100可相鄰地對準該等窗。圖12繪示一例示性平板運算裝置1200，其包括封裝在殼體1202中之顯示螢幕1201及一或多個窗1210，在本文中所述之發射器結構100可相鄰地對準該等窗。圖13繪示一例示性可穿戴裝置1300，其包括封裝在殼體1302中之顯示螢幕1301及一或多個窗1310，在本文中所述之發射器結構100可相鄰地對準該等窗。圖14繪示一例示性膝上型電腦1400，其包括封裝在殼體1402中之顯示螢幕1401及一或多個窗1410，在本文中所述之發射器結構100可相鄰地對準該等窗。
圖15繪示包括在本文中所述之發射器結構100的可攜式電子裝置1500之一實施例的系統圖。可攜式電子裝置1500包括用於管理該系統並執行指令之處理器1520及記憶體1540。記憶體包括非揮發性記憶體（諸如快閃記憶體）且可額外地包括揮發性記憶體（諸如靜態或動態隨機存取記憶體(RAM)）。記憶體1540可額外地包括專用於唯讀記憶體(ROM)之一部分，用以儲存韌體及組態工具程式。
系統亦包括電力模組1580（例如，可撓性電池、有線或無線充電電路等）、周邊介面1508、及一或多個外部埠1590（例如，通用串列匯流排(USB)、HDMI、顯示埠(Display Port)、及/或其他）。在一個實施例中，可攜式電子裝置1500包括經組態以與一或多個外部埠1590介接的通訊模組1512。例如，通訊模組1512可包括一或多個收發器，該收發器根據IEEE標準、3GPP標準、或其他通訊標準、4G、5G等來作用並經組態以經由一或多個外部埠1590來接收及傳輸資料。通訊模組1512可額外地包括一或多個WWAN收發器，其經組態以與包括一或多個蜂巢式塔、或基地台之廣域網路通訊，以將可攜式電子裝置1500通訊地連接至額外裝置或組件。此外，通訊模組1512可包括一或多個WLAN及/或WPAN收發器，其經組態以將可攜式電子裝置1500連接至區域網路及/或個人區域網路（諸如藍牙網路）。
在一個實施例中，系統包括音訊模組1531，其包括用於音訊輸出之一或多個揚聲器1534及用於接收音訊之一或多個麥克風1532。在實施例中，揚聲器1534及麥克風1532可係壓電組件。可攜式電子裝置1500進一步包括輸入/輸出(I/O)控制器1522、包括顯示螢幕之顯示面板1510、及額外組件1518（例如，按鍵、按鈕、燈、LED、游標控制裝置、觸感裝置等）。顯示面板1510及額外組件1518可被視為形成使用者介面之部分（例如，與提呈資訊給使用者及/或從使用者接收輸入相關聯的可攜式電子裝置1500之部分）。
在一個實施例中，系統包括光學模組1501，其包括照相機、IR照相機1504、IR投影機1502、近接感測器、環境光感測器等。具體而言，IR投影機1502可包括在本文中所描述之發射器結構100。可攜式電子裝置1500可進一步包括感測器控制器1570，用以管理來自一或多個感測器的輸入，諸如（例如）在本文中所描述之近接感測器、環境光感測器、紅外線收發器（例如，來自IR照相機1504、IR投影機1502）。
在使用實施例的各種態樣的過程中，所屬技術領域中具有通常知識者將明白上述實施例的組合或變化對於形成用於密集VCSEL設計之溝槽式發射器結構而言係可行的。雖然已經以結構特徵及/或方法動作之特定語言敘述實施例，應了解附加的申請專利範圍不必受限於所述的特定特徵或行為。替代地，所揭示之特定的特徵及動作應理解為可用於說明之申請專利範圍的實施例。
100:發射器結構 102:基材 104:底部電極 110:底部分布式布拉格反射器(DBR)層/底部DBR層 114:較高折射率層 116:較低折射率層 120:頂部DBR層 121:未氧化部分 122:OA層 123:氧化部分 124:較高折射率層/非含鋁層 125:氧化物孔徑(OA) 126:較低折射率層/含鋁層 127:二次氧化區域 130:內部台面溝槽 130a-130n:非連接內部台面溝槽 131:側壁 132:頂部側壁 134:底部側壁 135:頂部DBR層台面結構 136:步進表面 137:底部表面 140:外部緣溝槽 140a-140n:非連接外部緣溝槽 141:側壁 147:底部表面 150:發射器 151:子叢集 155:連結條 160:鈍化層 162:下鈍化層 164:上鈍化層 169:開口 170:頂部電極層 172:開口 180:活性層 182:障壁層 184:量子井層 1100:行動電話 1101:顯示螢幕 1102:殼體 1110:窗 1200:平板運算裝置 1201:顯示螢幕 1202:殼體 1210:窗 1300:可穿戴裝置 1301:顯示螢幕 1302:殼體 1310:窗 1400:膝上型電腦 1401:顯示螢幕 1402:殼體 1410:窗 1500:可攜式電子裝置 1501:光學模組 1502:IR投影機 1504:IR照相機 1508:周邊介面 1510:顯示面板 1512:通訊模組 1518:額外組件 1520:處理器 1522:控制器 1531:音訊模組 1532:麥克風 1534:揚聲器 1540:記憶體 1570:感測器控制器 1580:電力模組 1590:外部埠 6010:操作 6020:操作 6030:操作 6040:操作 6050:操作 6060:操作 d:距離 Wo:寬度 Wi:寬度 α r:徑向角度
［圖1A］至圖1B係根據實施例之包括發射器之非均勻分布的發射器結構之示意俯視圖繪示。 ［圖2］係根據一實施例之發射器的示意截面側視圖繪示。 ［圖3A］係根據一實施例之包括內部台面溝槽及對應的外部緣溝槽的發射器之示意截面側視圖繪示。 ［圖3B］係根據一實施例之包括內部台面溝槽及重疊的外部緣溝槽的發射器之示意截面側視圖繪示。 ［圖4A］係根據一實施例之發射器及相交的外部緣溝槽之密集配置的示意俯視圖繪示。 ［圖4B］係根據一實施例之發射器的示意俯視圖繪示，其中對應的外部緣溝槽係非連接外部緣溝槽之型態。 ［圖4C］係根據一實施例之形成在發射器的密集配置上方之頂部電極層的示意俯視圖繪示，其中對應的外部緣溝槽完全環繞各發射器之內部台面溝槽及頂部DBR台面結構。 ［圖4D］係根據一實施例之形成在發射器的密集配置上方之頂部電極層的示意俯視圖繪示，其中對應的外部緣溝槽係在各發射器之內部台面溝槽及頂部DBR台面結構周圍的非連接外部緣溝槽之型態。 ［圖5］係根據一實施例之具有重疊外部緣溝槽之內部台面溝槽的發射器之示意俯視圖繪示。 ［圖6］係根據一實施例之一種形成相鄰於發射器之內部台面溝槽的外部緣溝槽之方法的流程圖。 ［圖7A］至［圖7F］係根據一實施例之一種形成相鄰於發射器之內部台面溝槽的外部緣溝槽之方法的示意截面側視圖繪示。 ［圖7A’］至［圖7F’］係根據一實施例之一種形成發射器之外部緣溝槽及重疊的內部台面溝槽之方法的示意截面側視圖繪示。 ［圖8A］至［圖8C］係根據一實施例之一種形成並鈍化內部台面溝槽的方法之示意截面側視圖繪示。 ［圖8D］係根據一實施例之圖8C的內部台面溝槽之特寫示意截面側視圖繪示。 ［圖9A］至［圖9C］係根據一實施例之一種利用兩個蝕刻操作以形成並鈍化內部台面溝槽的方法之示意截面側視圖繪示。 ［圖9D］係根據一實施例之圖9C的內部台面溝槽之特寫示意截面側視圖繪示。 ［圖10A］至［圖10C］係根據一實施例之一種利用兩個蝕刻操作以形成並鈍化內部台面溝槽的方法之示意截面側視圖繪示。 ［圖10D］係根據一實施例之圖10C的內部台面溝槽之特寫示意截面側視圖繪示。 ［圖11］係根據一實施例之行動電話的等角視圖。 ［圖12］係根據一實施例之平板運算裝置的等角視圖。 ［圖13］係根據一實施例之可穿戴裝置的等角視圖。 ［圖14］係根據一實施例之膝上型電腦的等角視圖。 ［圖15］係根據一實施例之可攜式電子裝置的系統圖。
100:發射器結構
125:氧化物孔徑(OA)
130:內部台面溝槽
140:外部緣溝槽
150:發射器
151:子叢集

Claims (22)

  1. 一種發射器結構，其包含：一發射器叢集，其包含多個發射器之非均勻分布，該等發射器包含：一共同底部DBR層，其由該發射器叢集中之各發射器共用；及一頂部DBR層，該頂部DBR層包括一氧化物孔徑(OA)層；各發射器包含：一內部台面溝槽，其在該頂部DBR層中並界定橫向地在該內部台面溝槽之內的一頂部DBR層台面結構；其中針對每一個頂部DBR層台面結構，該OA層包括一未氧化部分及一氧化部分，其等係從該內部台面溝槽之一側壁延伸入該頂部DBR層台面結構中；一或多個外部緣溝槽，其等在該頂部DBR層中，各外部緣溝槽相鄰於該發射器叢集中之一或多個發射器的該內部台面溝槽，其中各外部緣溝槽在該頂部DBR層中延伸至超過該OA層之一深度；及一頂部電極層，其形成在該多個發射器之非均勻分布之該頂部DBR層的上方。
  2. 如請求項1之發射器結構，其中該一或多個外部緣溝槽包括在第一複數個發射器與第二複數個發射器之間橫向地延行的一第一緣溝槽。
  3. 如請求項2之發射器結構，其中該第一緣溝槽與至少一個發射器之一內部台面溝槽相交。
  4. 如請求項1之發射器結構，其中該一或多個外部緣溝槽包括一第一組一或多個外部緣溝槽，其等完全橫向地環繞該發射器叢集之一第一子叢集發射器。
  5. 如請求項1之發射器結構，其中該發射器叢集係藉由該一或多個外部緣溝槽而分割成複數個發射器子叢集，各發射器子叢集包括一經連接OA層。
  6. 如請求項1之發射器結構，其中複數個該一或多個外部緣溝槽係相交的。
  7. 如請求項6之發射器結構，其中該內部台面溝槽完全地環繞該頂部DBR台面結構。
  8. 如請求項6之發射器結構，其中該內部台面溝槽係非連接內部台面溝槽之一型態。
  9. 如請求項8之發射器結構，其中該一或多個外部緣溝槽之一第一外部緣溝槽完全地環繞用於該發射器叢集之一或多個發射器的該內部台面溝槽及該頂部DBR台面結構。
  10. 如請求項8之發射器結構，其中該一或多個外部緣溝槽包括非連接外部緣溝槽之一型態。
  11. 如請求項1之發射器結構，其中用於該發射器叢集之一第一發射器的該OA層之該氧化部分與該一或多個外部緣溝槽之一第一外部緣溝槽的一側壁相交。
  12. 如請求項1之發射器結構，其進一步包含在該頂部DBR層台面結構上方、在各發射器之該內部台面溝槽內、以及在該一或多個外部緣溝槽內之一鈍化層。
  13. 如請求項12之發射器結構，其中該鈍化層在該一或多個外部緣溝槽內比在各發射器之該內部台面溝槽內更厚。
  14. 如請求項12之發射器結構，其中該鈍化層包含一下鈍化層及在該下鈍化層之頂部上的一上鈍化層，且其中該下鈍化層橫跨在該一或多個外部緣溝槽內，且該上鈍化層橫跨在各發射器之該內部台面溝槽以及在該一或多個外部緣溝槽兩者內。
  15. 如請求項1之發射器結構，其中用於該發射器叢集之一第一發射器的該內部台面溝槽包括步進側壁，該等步進側壁包含橫跨該內部台面溝槽至至少該OA層之一深度的頂部側壁、及橫跨該OA層下方之該頂部DBR層的一部分之底部側壁，其中該等頂部側壁比該等底部側壁分開得更寬，且該OA層之該氧化部分直接地延伸自該等頂部側壁。
  16. 如請求項15之發射器結構，其進一步包含一步進表面，該步進表面係從該等頂部側壁之一底部延伸至該等底部側壁之一頂部，其中該步進表面係在該OA層正下方之一半導體層。
  17. 如請求項1之發射器結構，其中該頂部DBR層包括交替的含鋁層及非含鋁層，其等包括在該OA層之上的一最接近含鋁層以及在該OA層之下的一最接近含鋁層，其中在該OA層之上並沿著一第一發射器的該內部台面溝槽之相對側壁的該最接近含鋁層比在該OA層之下並沿著該第一發射器的該內部台面溝槽之該等相對側壁的該最接近含鋁層被氧化得更多。
  18. 如請求項1之發射器結構，其中該發射器結構在一行動電子裝置之一紅外線(IR)投影機內。
  19. 一種發射器結構，其包含：一發射器叢集，其包含具有一共同底部分布式布拉格反射器(DBR)層之複數個發射器，其被在該複數個發射器中之每一個發射器及一頂部DBR層所 共用，該頂部DBR層包含：一氧化物孔徑(OA)層，多個交替的含鋁層及非含鋁層，其等包括在該OA層之上的一最接近含鋁層以及在該OA層之下的一最接近含鋁層，各發射器包含：一內部台面溝槽，其在該頂部DBR層中並界定橫向地在該內部台面溝槽之內的一頂部DBR層台面結構；及其中針對每一頂部DBR層台面結構，該OA層包括一未氧化部分及一氧化部分，其等係延伸自該內部台面溝槽之相對側壁；其中在該OA層之上並沿著該內部台面溝槽之該等相對側壁的該最接近含鋁層比在該OA層之下並沿著該內部台面溝槽之該等相對側壁的該最接近含鋁層被氧化得更多；及一頂部電極層，其形成在該複數個發射器的上方。
  20. 如請求項19之發射器結構，其中針對每一個發射器，該內部台面溝槽包括步進側壁，該等步進側壁包含橫跨該內部台面溝槽至至少該OA層之一深度的頂部側壁、及橫跨該OA層下方之該頂部DBR層的一部分之底部側壁，其中該等頂部側壁比該等底部側壁分開得更寬，且該OA層之該氧化部分直接地延伸自該等頂部側壁。
  21. 如請求項20之發射器結構，其進一步包含一步進表面，該步進表面係從該等頂部側壁之一底部延伸至該等底部側壁之一頂部，其中該步進表面係在該OA層正下方之一半導體層。
  22. 如請求項19之發射器結構，其在一行動電子裝置之一紅外線(IR)投影機內。
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